Modo coordenado de operação do circuito elétrico, correspondência de fonte e carga

O tema deste artigo será a iluminação geral dos modos de operação da rede elétrica em condições de casamento da fonte e da carga. Quais são essas condições e quando e por que são necessárias? O modo correspondente (em termos de potência) merece atenção especial, mas vamos considerar, entre outras coisas, outros modos relevantes.

O modo coordenado, em um sentido geral, é tal modo de operação de um circuito elétrico, quando a potência máxima que esta fonte pode fornecer em seu estado atual é distribuída para a carga conectada a uma determinada fonte.

A condição sob a qual este modo ocorre é a igualdade da resistência de carga resistência interna da fonte para circuitos DC, ou a igualdade da impedância da fonte interna para a impedância de carga complexa para circuitos AC.

É óbvio que para fontes de energia reais com uma certa resistência interna limitada, é verdade que, à medida que a resistência da carga a partir de zero aumenta, a potência liberada nela primeiro aumenta não linearmente, depois o pico da potência liberada no carga (para uma determinada fonte) é atingida e, com um novo aumento na resistência de carga, a potência distribuída a ela diminui não linearmente, aproximando-se de zero.

Isso se deve ao fato de que a corrente da fonte está relacionada não apenas à resistência da carga R, mas também à auto-resistência da fonte r:

De uma forma ou de outra, para combinar a carga e a fonte, apenas uma relação é escolhida entre a resistência interna da fonte e a resistência do circuito de carga que o sistema resultante exibe exatamente as propriedades que são necessárias para uma determinada tarefa . Por esse motivo, existem várias opções de casamento entre carga e fonte, e vamos observar honestamente as principais: por tensão, por corrente, por potência, por impedância característica.

Carga apropriada e fonte de tensão

Para obter a tensão máxima na carga, sua resistência é escolhida para ser muito maior que a resistência interna da fonte. Ou seja, nos limites, a fonte deve funcionar em carga, mas ao mesmo tempo em modo inativo, então a tensão na carga será igual à fem da fonte. Tal casamento é utilizado principalmente em sistemas eletrônicos onde a tensão serve como portadora de informação, portadora de sinal, sendo necessário que a perda durante a transmissão deste sinal seja mínima.

Combinando a carga e a fonte atual

Quando é necessário obter a corrente de carga máxima, a resistência de carga é escolhida a menor possível, muito menor que a resistência interna da fonte. Ou seja, a fonte opera em modo de curto-circuito e uma corrente igual à corrente de curto-circuito circula pela carga.

Esta solução é utilizada principalmente em circuitos eletrônicos onde a portadora do sinal é a corrente. Por exemplo, um fotodiodo de alta velocidade transmite um sinal de corrente, que é então convertido no nível de tensão necessário. A baixa impedância de entrada resolve o problema de estreitamento da largura de banda devido ao filtro espúrio RC.

Correspondência de potência de carga e fonte (modo de correspondência)

Na carga, obtém-se a potência máxima que a fonte pode fornecer. A resistência da carga é igual à resistência interna da fonte (impedância). A potência distribuída neste modo de carga é determinada pela fórmula:

Correspondência de carga e fonte por impedância característica

Na teoria da linha longa e na tecnologia de micro-ondas, esse é um tipo de coincidência particularmente importante. O casamento de impedância característica produz o máximo fator de onda viajante na linha de transmissão, que é idêntico, em linhas longas, ao casamento de potência em circuitos CA convencionais.

Quando combinada em termos de impedância característica, a impedância característica da carga deve ser igual à impedância interna da fonte de onda. A correspondência de impedância de onda é usada em todos os lugares na tecnologia de micro-ondas.

A propósito, em termos de energia alternativa em um futuro próximo, quando fonte de energia tem características individuais muito diferentes das tradicionais, em primeiro lugar é necessário garantir um modo de funcionamento coordenado da fonte e do receptor fazendo um receptor que corresponda às suas características com uma determinada fonte e só depois converter o recebido energia em uma forma aceitável para a carga.